Черные дыры

Такой оптимизм Торн объяснил значительным прогрессом, который в последнее время наблюдается в разработке двух важных инструментов для изучения динамического поведения искривленного пространства-времени вблизи черных дыр.

Первый из них – численное  моделирование процессов, происходящих в черных дырах, – появился в 1960-х  годах, однако активное развитие получил  в последние семь лет. Таким численным  моделированием сейчас занимаются несколько  исследовательских коллективов  в Америке и Европе. Второй инструмент, разработка которого также началась в 1960-х годах, – детектирование гравитационных волн и связанное с этим наблюдение столкновений и слияний черных дыр. С использованием этих инструментов связана и представленная Торном работа, которую его группа в Калифорнийском технологическом институте проводит с коллегами из других научных организаций.

Согласно общей теории относительности, пространство-время  искривляется вблизи вращающихся массивных  тел, в частности, вблизи черных дыр. Данное явление очень хорошо известно физикам и было доказано спутниковыми наблюдениями в 1990-х годах, однако его  сложно представить наглядно ввиду  того, что каждая точка пространства-времени  характеризуется 10 различными параметрами. Группа Торна предложила сравнительно простую модель, раскрывающую суть процесса искривления. Исследователи обозначили параметры векторами, которые, сливаясь, образуют протяженные линии.

Предложенная система  визуализации позволит по-новому взглянуть  на огромный массив данных, полученных с помощью компьютерного моделирования. Наиболее перспективный способ исследования геометродинамики на сегодняшний день – это численное моделирование  столкновений и слияний парных черных дыр. С помощью нового метода физики, в частности, рассчитывают выяснить, почему при столкновениях происходит направленный выброс гравитационных волн – зачастую сильный настолько, что черная дыра оказывается вне галактики, в которой она зародилась.

Помимо этого, физики надеются, что новая технология поможет  им определить свойства гравитационных волн, а, следовательно, и обнаружить

сами волны  среди массива данных, которые  поступают в гравитационно-волновые обсерватории.

По мнению Кипа Торна, кульминация «золотого века» исследований черных дыр наступит тогда, когда эти обсерватории смогут исследовать выявленные нелинейные структуры и другие аспекты нелинейной динамики искривленного пространства-времени.

Программа, моделирующая свойства черных дыр, будет также использоваться при проведении экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК, LHC).

Группа физиков и экспериментаторов  создала программу, моделирующую свойства черных дыр. Программа  «BlackMax», на создание которой ушло два года, позволит проверить различные теории зарождения и распада черных дыр; результаты моделирования будут, как утверждается, использоваться при проведении экспериментов на БАК.

Уже первые расчеты дали интересные результаты. К примеру, черные дыры, если они вообще образуются в ходе работы коллайдера, должны рождаться вращающимися. При их распаде следует также ожидать появления большего числа частиц (и более изотропного их распределения в пространстве), чем при взаимодействиях, описываемых Стандартной моделью теории элементарных частиц. Наконец, при определенных условиях черная дыра должная распадаться с образованием гравитонов (гипотетических элементарных частиц, которые служат переносчиками гравитационного взаимодействия).

Один из руководителей исследования Глен Старкман подчеркивает особую важность экспериментов на БАК, замечая, что если ученым удастся зарегистрировать образование черных дыр, то откроется возможность объединения двух величайших достижений ХХ века: квантовой механики и общей теории относительности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Существование черных дыр, предсказанных в их современном понимании общей теорией относительности, с большой долей вероятности уже подтверждено наблюдениями. Если эта вероятность превратится в полную уверенность, то уже роль черных дыр как источников активности ядер галактик и квазаров позволит считать их важнейшим элементом мироздания. Не исключено, что еще не открытые первичные черные дыры, если они действительно существуют, имеют куда большую значимость для космофизики, чем это кажется сегодня.

Доминирующая теория гласит, что чёрные дыры возникают на месте  выгоревших массивных звёзд: при  коллапсе светила плотность вещества становится настолько высокой, что  гравитационное притяжение в этой области  начинает втягивать в себя окружающую материю.

Наиболее любопытные свойства черных дыр таковы:

• Вблизи черной дыры время течет медленнее, чем вдали от нее;
• Если исходное тело вращалось, то вокруг черной дыры сохраняется «вихревое» гравитационное поле, увлекающее все соседние тела во вращательное движение вокруг нее;
• Каким бы сложным не было исходное тело, после его сжатия в черную дыру внешний наблюдатель может определить только три его параметра: массу, момент импульса и электрический заряд;
• Все вещество внутри черной дыры непременно падает к ее центру и образует сингулярность с бесконечно большой плотностью.

Дальнейшее изучение феномена черных дыр стало возможным благодаря  появлению сверхмощных космических телескопов, позволяющих астрономам разделять сложные явления во внутренних областях галактик на составные части.

Так, например, для проведения своих наблюдений физик Джон Миллер из Смитсонского астрофизического центра в Гарварде, использовал данные европейского спутника XMM-Newton и снимки ряда объектов в спиральной галактике NGC 1313, находящейся от нас на расстоянии в 10 млн. световых лет. С помощью рентгеновских изображений, полученных XMM-Newton, была измерена температура газа, поглощаемого черной дырой в этой галактике, а также установлена масса этой черной дыры.

Физики Калифорнийского  технологического института сообщили о разработке новой системы визуализации искривления пространства-времени  рядом с черными дырами. С ее помощью ученые намерены выяснить причины  целого ряда космических явлений, среди  которых – излучение гравитационных волн и слияние черных дыр.

Программа, моделирующая свойства черных дыр, будет также использоваться при проведении экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК, LHC).

Безусловно, в изучении черных дыр пока больше вопросов, чем ответов. Однако, с каждым днем ученые все  ближе к разгадке этой тайны

Список литературы:

 

1. Зельнович Я.Б., Новиков И.Д. Теория тяготения и эволюции звезд. М., 1971
2. Липунов В.М. В мире двойных звезд. М.: Квант, 1986.
3. Новиков И.Д., Фролов В.П. Физика черных дыр. – М.: Наука, 1986.
4. Новиков И.Д. Черные дыры и Вселенная. М.: Мол. гвардия, 1985
5. Транковский С. Черные дыры во вселенной. «Наука и жизнь» № 8, 2000 г., стр. 83 – 87.
6. Хокинг С. Краткая история времени от большого взрыва до черных дыр. – Санкт-Петербург, 2001.
7. Хокинг С. Черные дыры и молодые вселенные. – М.: Новая Эврика, 2002.
8. Фролов В.П. Черные дыры и квантовые процессы в них. УФН, 1976